Способ и устройство для получения электрического тока

Изобретение относится к нетрадиционным методам получения электрического тока и разработке устройства для осуществления этого процесса. Согласно изобретению сущность способа заключается в получении электрического тока путем разделения зарядов в струе движущегося газа, взаимодействием с твердыми поверхностями и получением снимаемого электрического сигнала, процесс осуществляют пропусканием струи электронодонорного газа при температуре не ниже 150°С над поверхностью твердых акцепторов электронов, в качестве которых служат полупроводники или органические π-электронные вещества, например пигменты, для повышения генерируемого напряжения процесс проводят в присутствии катализатора, используемого в составе твердого акцептора электронов, в качестве струи электронодонорного движущегося газа используют, например, перегретый водяной пар, пары аммиака, спиртов, простых эфиров, их смеси с перегретым водяным паром; отходящие газы, например выхлопные, представляющие собой смеси, содержащие перегретый водяной пар. Согласно изобретению устройство для получения электрического тока содержит трубу для формирования движущейся струи газа, с вмонтированными электрогенерирующими и токоприемными элементами. В трубе из электроизолирующего материала размещены попарно электроды двух типов: аноды, покрытые твердыми акцепторами электронов, и катоды из термостойкого электропроводящего материала, расположенные далее по ходу струи электронодонорного газа. Технический результат: получение электроэнергии как дополнительной, одновременно с выполнением движущими газами их основной функции, или после такого выполнения; улучшение экологии и показателей ресурсосбережения. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к нетрадиционным методам получения электрического тока и разработке устройств для осуществления этого процесса. Может найти применение в качестве источника электричества стационарных установок с движущимися потоками, движущихся установок или средств, например транспортных или транспортирующих, используя для этой цели газы, транспортируемые или отходящие, например дымовые, выхлопные и т.п.

Известен генератор Фалкова, предусматривающий получение электрического тока за счет потока газа (воздуха), создаваемого движением транспортного средства, на составных пьезоэлементах в виде волнообразных пластин, размещенных с зазором в корпусе генератора, снабженном направляющим раструбно-щелевыми устройствами и по крайней мере одним крылом изменения угла атаки потока. При перемещении транспортного устройства по дороге или воздуху поток рабочего тела (газ или пар) поступает в корпус генератора, установленного на этом устройстве, через раструбно-щелевое устройство, приводит в движение материалы пьезоэлементов (вибрация, деформация), которые вырабатывают электрический сигнал, снимаемый токоприемниками [1. СССР А.с. №613421, МКИ² H 01 L 41/08, опубликовано в БИ №24, 30.06.78 - прототип].

В генераторе Фалкова электричество будет вырабатываться за счет увеличения сопротивления воздуха движению транспортного средства, т.е. снижению КПД самого средства, основной функцией которого является способность перемещаться с максимально высоким КПД.

В основу изобретения (способ и устройство) для получения электрического тока поставлена задача усовершенствования способа и устройства путем пропускания струи электронодонорных газов над поверхностью твердых акцепторов электронов при повышенной температуре с помощью приспособления для формирования движущейся струи газа из электроизолирующего материала, в которое вмонтированы электрогенерирующие и токоприемные элементы, что позволяет обеспечить получение электрической энергии как дополнительной одновременно с выполнением движущимися газами их основной функции.

Технический результат достигается за счет осуществления способа получения электрического тока путем разделения зарядов в струе движущегося газа, взаимодействием с твердыми поверхностями и получением снимаемого электрического сигнала, по способу, процесс осуществляют пропусканием струи электронодонорного газа при температуре не ниже 150°С над поверхностью твердых акцепторов электронов, в качестве которых служат полупроводники или органические π-электронные вещества, например пигменты, для повышения генерируемого напряжения процесс проводят в присутствии катализатора, используемого в составе твердого акцептора электронов, в качестве струи электронодонорного движущегося газа используют, например, перегретый водяной пар, пары аммиака, спиртов, простых эфиров, их смеси с перегретым водяным паром, отходящие газы, например выхлопные, представляющие собой смеси, содержащие перегретый водяной пар. Способ осуществляют с помощью трубы для формирования движущей струи газа, с вмонтированными электрогенерирующими и токоприемными элементами, по устройству, в трубе из электроизолирующего материала размещены попарно электроды двух типов: катоды, покрытые твердыми акцепторами электронов, и аноды из термостойкого электропроводящего материала, расположенные далее по ходу струи электроне донорного газа.

Предлагаемый способ предусматривает использование кинетической и тепловой энергии в период или после выполнения основной функции. Он базируется на разделении электрических зарядов электроне донорного газа, которое происходит на поверхности твердого акцептора электронов, обладающего свойствами восприятия и частичного накопления электронов. Разделение зарядов наступает вследствие одноэлектронного переноса заряда от донора на поверхность акцептора электронов. Здесь же заряд накапливается в кристалле в форме анион радикалов. Подобные сгустки энергии могут рассматриваться как эксиплексы. Положительные заряды-дырки уносятся струей пара. Накопление анион радикалов в кристалле пигмента может быть визуализовано на основе пирофорности - загорания образца при перемещении его в воздушную среду, по секторам ЭПР (электронного парамагнитного резонанса), или измерением напряжения на электродах обычными средствами. В последнем случае электродами служат металлическая подложка, на поверхность которой нанесен органический пигмент (катод) или полупроводник, и металлическая сетка (анод) размещается в трубе далее по ходу струи пара.

Для реализации способа предлагается устройство, включающее термостойкую непроводящую электроток трубу, через которую при повышенной температуре может пропускаться электронодонорный газ. На внутренней стенке трубы закреплен анод и катод, соединенные во внешнюю электрическую цепь. В случае использования в качестве электронодонорного газа выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания участок трубы, предназначенный для генерирования тока, изготавливают большего диаметра, чтобы не наступало снижение мощности двигателя вследствие увеличения сопротивления выхлопу.

С помощью известного устройства [1] добиться такого эффекта не удается, т.к. его габариты велики, установка его на транспортирующие трубопроводы невозможна.

Предложенные способ и устройство получения электрического тока иллюстрируются следующими примерами:

Пример 1. Кварцевую трубку диаметром 30 мм, длиной 1200 мм размещают в трубчатой электрической печи под небольшим уклоном, с таким расчетом, чтобы верхний край трубки был, по возможности, короче. Печь оборудована регулируемым обогревом, а между стенками трубки и печи установлена термопара. К верхней части трубки присоединяют источники насыщенного пара. Участок трубки на расстоянии 10-300 мм от верхнего края служит зоной перегрева пара, на расстоянии 400-500 мм размещается анод, представляющий собой металлическую лодочку из медной или алюминиевой фольги вместимостью 3-5 см³, а участок 500-600 мм - место анода, представляющего собой виток медной сетки площадью 30 см². Анод и катод изолированными проводами присоединяют к клеммам конденсатора. Предварительно в холостом опыте установлена температурная поправка в показаниях термодатчиков в межтрубном пространстве и в зоне ожидаемого генерирования электрического тока. При 350°С и скорости подачи пара около 0,25 г/мин разница в показаниях термодатчиков составила минус 10°С.

В лодочку из медной фольги помещают 1,5 г диимида перилен-3,4,9,10-тетракарбоновой кислоты (диимида ПТК) [Pigment Violet 29, Color Index International The Society of Dyers and Colourists, 1997, Bredford, England] с нанесенной на его поверхность 0,1 г однохлористой меди и вносят в кварцевую трубку установки в зону генерирования электричества при температуре 150°С. Используя лодочку с навеской пигмента в качестве катода, устанавливают в кварцевой трубке на уровне 500-600 мм от верхнего края катод и соединяют оба электрода с клеммами конденсатора и ведут подогрев, измеряя напряжение на клеммах конденсатора через каждые 20 мин мультиметром ДТ-830 В. В процессе измерения наступает разряд конденсатора. Кинетические данные зависимости напряжения от температуры перегретого пара и продолжительности обработки иллюстрируют таблицы 1 и 2.

Пример 2. Смешивают 1,5 г индатрона [Pigment Blue 60] с 0,3 г медного порошка, полученную смесь помещают в лодочку аналогично описанному в примере 1 и наблюдают кинетическую зависимость нарастания напряжения от природы твердого акцептора электронов и условий эксперимента. Результаты в таблице 2.

Зависимости генерируемого напряжения от температуры и продолжительности обработки перегретым водяным паром.

Пример 3. Два грамма (2,0 г) пигмента зеленого фталоцианинового [Pigment Green 7] помещают в медную лодочку установки согласно примеру 1, повышают температуру до 300°С и ведут обработку продукта перегретым паром с одновременным измерением генерируемого напряжения. Полученная зависимость приведена в таблице 2.

Пример 4. Пластинку из кремния полупроводниковой квалификация массой 0,45 г, площадью 0,4 см² помещают в трубку аналогично описанному в примере 1. Величина напряжения после прогрева в течение 120 мин при 350°С составила 39 мВ (см. таблицу 2).

Пример 5. Используя в качестве источника насыщенного пара колбу, разогревают в ней 300 мл воды до кипения по примеру 1. Наблюдают генерирование электрического напряжения в струе перегретого водяного пара. При этом за 20 мин накапливается напряжение в 10 мВ. Затем из капельной воронки, оборудованной трубкой для подачи жидкости под поверхность кипящей воды, равномерно со скоростью 0,5 мл/мин, подают водный 25% раствор аммиака. При этом увеличивают нагрев колбы настолько, чтобы скорость испарения не уменьшалась, а оставалась на уровне 0,25 г/мин. Повышая температуру в зоне генерирования напряжения, наблюдают кинетическую зависимость возрастания напряжения в смеси перегретых паров воды и аммиака. Результат в таблице 2.

Пример 6. Аналогично описанному в примере 5, с той лишь разницей, что из капельной воронки подают этиловый спирт-ректификат со скоростью 2 мл/мин. Зависимость напряжения, генерируемого в смеси перегретых паров воды и спирта от условий эксперимента, даны в таблице 2.

Как видим из таблиц 1 и 2, напряжение генерируемого тока имеет сложную нелинейную зависимость от природы электронодонорного газа, свойств и количества твердого акцептора электронов, возрастает с повышением температуры и продолжительности предварительного прогрева. Для повышения генерируемого напряжения процесс проводят в присутствии катализаторов.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство для получения электрического тока с помощью струи электронодонорного газа, реализованные в системах с движущимися потоками, в том числе и выхлопными газами, позволят улучшить экологию и показатели энергосбережения.

1. Способ получения электрического тока путем разделения зарядов в струе движущегося газа, взаимодействующего с твердыми поверхностями, и получения снимаемого электрического сигнала, отличающийся тем, что процесс разделения зарядов осуществляют путем последовательного пропускания струи газов или паров, обладающих электронно-донорными свойствами, над поверхностью твердых акцепторов электродов, отводящих электроны, и над поверхностью электрода, отводящего ионы, при температуре не ниже 150°С и улавливанием ионов металлическими проводящими элементами, снятием электрического сигнала путем соединения электродов во внешнюю электрическую цепь с использованием в качестве акцепторов электронов полупроводников или органических π-электронных веществ, например органических пигментов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве струи разогретого движущегося электронного газа используют, например, перегретый водяной пар, пары аммиака, спиртов, простых эфиров и их смеси с перегретым водяным паром, отходящие газы, например выхлопные, представляющие собой смеси, содержащие перегретый водяной пар.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс проводят в присутствии катализатора, находящегося в составе твердого акцептора электронов.

4. Устройство для получения электрического тока, включающее трубу для формирования движущейся струи газа с вмонтированными электрогенерирующими и токоприемными элементами, отличающееся тем, что в трубе из электроизолирующего материала размещены попарно последовательно друг за другом по ходу струи электроды двух типов: катоды из термостойких токопроводящих материалов, покрытые твердыми акцепторами электронов, и термостойкие аноды, расположенные далее по ходу струи газа, соединенные изолированными электрическими проводами во внешнюю электрическую цепь.